指南針的發明是中國古人在長期實踐中認識物體磁性的結果。在中國古代，人們接觸到磁鐵礦，開始了解它的磁性。人們首先發現了磁鐵吸引鐵的性質。後來發現了磁鐵的指向性。經過多次實驗和研究，終於發明了壹種實用的指南針。
指南針傳入歐洲後，在航海發現中發揮了不可替代的作用。然而，科學史家知道，並不是中國人首先回答了“指南針為什麽能指引方向”這個問題，而是英國科學家吉爾伯特。那麽，中國在他發明了指南針理論之後，對它進行了怎樣的討論呢？吉爾伯特的理論及時傳到中國了嗎？明末清初的“西學東漸”對我國指南針理論的發展產生了哪些影響？上海交通大學科學史與哲學系教授關增建從2003年開始研究這些基本空白的問題。
"中國最早的指南針理論是基於陰陽五行學說的“感應理論”. "關增健介紹，中國偉大的科學家沈括，在11世紀中葉，仍然對指南針感到不解。他在《關於孟茜的談話》中介紹了指南針的人工磁化方法、磁偏角的發現和指南針的安裝方法，但他不知道指南針為什麽被引導——“磁鐵的引導”...是超出理智的！”隨後，學者們根據陰陽五行學說和當時人們對地球形狀的認識，提出了各種指南針理論。比如最晚在宋代成書的《管氏地理指蒙古》，首先提出了如下邏輯:
“磁針是鐵做的，鐵屬於金。根據五行，金生於水，北方屬水，所以北方的水是金之子。鐵來自磁鐵，磁鐵由太陽之靈孕育而成，太陽之靈屬火，位於南方，所以南方相當於磁針之母。這樣，磁針既要照顧母親，又要思念孩子，自然指向南北方向。”
關增健說，從現代物理學的角度來看，“蒙臺梭利理論”完全是異想天開，但從事物的屬性來解釋事物的行為，是東西方科學史上的通行做法。中國古代陰陽學說盛極壹時，用陰陽學說解釋指南針指引和“永遠略偏東方”的原理是很自然的。特別是，該理論認為，磁體的不同端面具有不同的屬性，這些屬性決定了磁針的方向。這種說法很容易啟發人們發現磁鐵的兩極，並進壹步聯想到磁極與磁針朝向的關系，從而找到正確理解這壹問題的可能途徑。
南宋人的羅盤原理仍然認為“羅盤所指，即太陽所在之處為靈”只是圍繞磁偏角現象，而論證是基於更多轉向地理方位的坐標系——中國古人認為地面是平坦的，面積有限，所以地面上必然有壹個中心，通過中心的子午線是唯壹的南北方向。南宋人曾三壹認為，壹旦測地不在這條南北線上，羅盤指向自然“少偏”。到了明代，指出了正確的向導方向是由地球方位系統決定的，而偏離角度是由天體方位劃分系統決定的。關增健認為，這種說法“體現了傳統羅盤理論在面對陰陽感應理論與磁偏角存在的矛盾時的尷尬”。
明朝萬歷年間(公元1573 ~ 1620)，傳教士來到中國，帶來了西方的指南針理論、地球理論以及相關的科技知識。受其影響，中國學者開始從新的角度探索指南針理論。在這個過程中，陰陽五行的作用逐漸減弱，從力學角度的分析不斷增加。然而，吉爾伯特在1600年提出的科學理論在西方學術界並不統壹，更不用說在東方了。傳教士中，以1658年來華的比利時耶穌會士費迪南·韋爾伯斯特(ferdinand verbiest)的指南針理論最為系統，但他認為磁針指向地球本身的地理南北極，理論仍局限於古代科學的範圍，不像吉爾伯特認識到地球本身有磁鐵。費迪南德·南懷仁理論在中國影響深遠。直到19世紀中葉，中國仍有學者用它來解釋指南針問題。此時，清末來華的傳教士開始向中國介紹西方近代磁學知識。
在先秦時代，我們的祖先已經積累了很多這方面的知識，在勘探鐵礦的時候經常會遇到磁鐵礦，也就是磁鐵礦(主要成分是四氧化三鐵)。這些發現早已被記錄下來。這些發現最早記載在《管子》的幾篇文章中:“山上有磁石，下有金銅。”其他古籍也有類似記載，如《山海經》。磁鐵的吸鐵特性早就被發現了，《呂氏春秋》九卷主篇有:“慈吸鐵，或吸之。”當時人們把“磁性”稱為“善良”。他們認為磁鐵吸引鐵是慈母對孩子的吸引力。並認為:“石頭是鐵之母，但石頭有善良和不善良兩種。善良可以吸引他的孩子，不善良不行。”據說秦始皇統壹六國後，在鹹陽附近修建了阿房宮。宮殿裏有壹扇磁鐵做的門。如果有人穿著盔甲藏著武器進宮行刺，會被磁鐵門吸引。這個故事告訴我們，古代勞動人民很早就掌握了磁學知識。
漢代以前，人們把磁鐵寫成“慈石”，意思是愛石。
既然磁鐵能吸引鐵，那它們能吸引其他金屬嗎？我們的祖先做了很多嘗試，發現磁鐵不僅不能吸引金、銀、銅等金屬，也不能吸引磚瓦。西漢時，人們認識到磁鐵只能吸鐵(現在知道磁鐵也能吸鎳)，不能吸其他物體。
當兩塊磁鐵放在壹起並相互靠近時，有時它們相互吸引，有時它們相互排斥。現在人們都知道磁鐵有兩極，壹個叫N極，壹個叫S極。同性相斥，異性相吸。當時人們並不知道這個道理，但還是能感知到這個現象。
西漢時，有壹位煉丹師，名叫欒達。他利用磁鐵的這壹特性制作了類似兩個棋子的東西。通過調整兩個棋子極性的相互位置，有時兩個棋子相互吸引，有時又相互排斥。欒大稱之為“鬥棋”。他把這部小說獻給漢武帝，現場演示。漢武帝又驚又喜。他被評為“五福將軍”。欒大力利用磁鐵的性質，做出新奇的東西來欺騙漢武帝。
地球也是壹塊大磁鐵，它的兩極分別靠近地理南極和地理北極。因此，當地球表面的磁鐵可以自由旋轉時，由於磁鐵同極性相斥，反極性相吸的性質，它們會表示南北。古人不懂這個道理，但對這種現象非常了解。
指南針的始祖出現在戰國時期。它是由天然磁鐵制成的。它看起來像壹個圓底的勺子，可以放在光滑的“場地”上保持平衡，可以自由旋轉。當它靜止時，勺子的柄會指向南方。古人稱之為“司南”，在當時的《韓非子》壹書中有:“王力司南取時先。”“早晚收場”的意思是方，東方。《鬼谷子》中記載了新浪的應用，鄭人采玉時帶著新浪，以確保不迷路。
春秋時期，人們已經可以將硬度為5-7度的軟玉、硬玉打磨成各種形狀，因此也可以用硬度只有5.5-6.5度的天然磁鐵來制作司南。東漢王充在《論衡》壹書中對司南的形狀和用法做了明確的記載。新浪是經過琢磨用壹整塊天然磁鐵做成的，勺子的手柄經過極導，使整個勺子的重心正好落在勺子底部的正中間，勺子放在壹個光滑的場地，周圍是壹個四維的莖幹和樹枝，合成24個方向。這個設計是古人仔細觀察了自然界中許多與磁性有關的現象，積累了大量的知識和經驗後，經過長期研究完成的。新浪的出現是人們對磁鐵手指極性認識的實際應用。但是，新浪也有很多缺陷。天然磁鐵不好找，加工過程中受沖擊受熱容易失磁。所以新浪的磁性比較弱，與站點的接觸要非常順暢，否則會因為轉動摩擦阻力太大而難以轉動，達不到預期的引導效果。而且新浪有壹定的體積和重量，不方便攜帶，這可能是新浪長期沒有被廣泛使用的主要原因。
新浪由壹個青銅圓盤和壹個天然磁鐵制成的磁勺組成。青銅盤刻有24個方向，磁勺放在盤的中心圓形面上。當它靜止時，勺子的尾部指向南方。
指南針是由磁鐵制成的。磁鐵可以吸鐵，通常稱為“磁鐵”。在古代，它被稱為“慈石”，因為它壹接觸鐵就吸引鐵，就像壹位善良的母親吸引她的孩子壹樣。後來，人們稱之為“磁鐵”。
每個磁鐵兩端的磁極不同，壹個叫S極，壹個叫N極。我們居住的地球也是壹塊巨大的天然磁鐵，南北兩極磁極不同。地球北極附近的南極和地球南極附近的北極。正是因為地磁極點和地理層面不完全重合，才出現了地磁偏角現象。我們知道，同性磁極相斥，異性磁極相吸，所以無論在地球表面的什麽地方，拿壹根可以自由旋轉的磁針，它的N極永遠指向北方，S極永遠指向南方。
指南針是利用磁鐵的特性制成的。那麽，世界上哪個國家最早發現了磁鐵及其特性？
兩千多年前，也就是春秋戰國時期，中國就已經用鐵制造農具了。當勞動人民在尋找鐵礦石時，他們發現了壹塊磁鐵，並知道它可以吸收鐵。
中國古書《管子》中有這樣的記載:“上有慈石，下有銅金。”“銅金”是壹種鐵礦石。《管子》壹書產生於公元前三世紀，說明我國最遲在公元前三世紀就知道磁鐵可以吸鐵。
在秦朝，有壹個有趣的傳說。秦始皇統壹中國後，在陜西鹹陽修建了大型阿房宮。阿房宮裏有個磁鐵門，完全是磁鐵做的。如果有人想用鐵器行刺，只要路過，磁鐵門就會吸引這個人。
另外，據古書記載，漢武帝在位時，膠東有壹個六安大，是獻給漢武帝作為棋局的。這些棋子壹放到棋盤上，就會互相碰撞，自動戰鬥。漢武帝非常驚訝。本來大棋子是用磁鐵做的，所以有磁性，可以互相吸引，但是漢武帝不明白這個道理。
在古代，人們常把薄薄的鐵葉切成魚的形狀，魚的腹部略凹，像壹只小船。磁化後浮在水面，可指南北。那時候是當遊戲用的。東晉的崔寶曾在《古今筆記》中提到過這種“導盲魚”。
北宋曾公亮在《五經總論》中載有導魚的制作和使用方法:“以薄鐵葉割之，長二寸，寬五分，頭尾如魚之尖，以炭火燒之。侯同池，以鐵鑊、鐵鍋魚為初火，尾正，蘸盆，密器止。使用時，把水碗平放在無風的地方，魚就會浮在水面上，它的第壹個方向永遠是正午。”這是壹種人工磁化方法，利用地球磁場來磁化鐵片。也就是把燒紅的鐵片放在子午線方向。熾熱的鐵片內部的分子處於相對活躍的狀態，使得鐵分子沿著地球磁場的方向排列，達到磁化的目的。這種排列可以通過將其浸入水中來快速固定，並且可以通過將魚尾稍微向下傾斜來增加磁化程度。人工磁化法的發明對指南針的應用和發展起到了巨大的作用。這也是磁學和地磁發展史上的壹件大事。北宋沈括在《孟茜筆談》中提到了另壹種人工磁化的方法:“方家可以用磁鐵引導。”據沈括介紹，當時的技術人員用磁鐵摩擦縫衣針，使針具有磁性。從現在來看，這是壹種利用天然磁鐵的磁場，使鋼針內磁疇的排列趨向某壹方向，從而使鋼針呈現磁性的方法。這種方法比地磁法簡單，磁化效果比地磁法好。摩擦法的發明不僅是世界上最早的，也為實用磁指向儀的出現創造了條件。
《孟茜筆談》是沈括(1031—1095)寫的壹部關於中國古代科技的書，書中談到了磁學和指南針的壹些問題。在《與孟茜畢譚的補充談話》中，他談到了摩擦磁化法所產生的各種現象:“用磁鐵去摩擦，針鋒相對，就會尖銳，永遠導向，有的人會指向北方，不怕石頭...相反，應該有南北差異，這壹點還沒有深入研究。”也就是說，用磁鐵摩擦縫衣針後，有時會針鋒相對地指向北方。從現在來看，所有的磁鐵都有N和s兩個磁極，磁化時縫紉針的朝向不同，所以磁化後的方向也不同。但是沈括並不知道這個道理。他真實記錄了這壹現象，並坦率承認自己沒有深入思考。希望後人能進壹步探索。
關於磁針的安裝方法，沈括介紹了四種方法:
1.水漂——在磁針上放幾根燈芯讓它浮在水面上，就可以指示方向了。
2.碗唇旋轉法——將磁針放在碗口邊緣，磁針可以旋轉指示方向。
3.指甲旋轉法——把磁針放在指甲上。由於指甲表面光滑，磁針可以自由旋轉，指示方向。
4.暮光掛法——在磁針中間塗上壹些蠟，粘上壹根絲，掛在無風的地方指明方向。
沈括也比較了四種方法。他指出，水浮法最大的缺點是水面容易晃動，影響測量結果。碗唇旋轉和指甲旋轉因為摩擦力小所以靈活，但是容易脫落。沈括強調懸掛法，他認為這是壹種理想而實用的方法。實際上，沈括指出的四種方法已經概括了迄今為止指南針裝置的兩種體系——水針和幹針。
南宋時，陳在《廣記》中介紹了另壹種導魚、導龜的制作方法。這種無指魚和《武經通論》中記載的不壹樣。用手指大的木頭雕刻成魚的形狀。在木魚的肚子裏放壹塊天然磁鐵，磁鐵的S極指向魚的頭部。用蠟封住後，從魚的口中插入壹根針，就成了無指魚。把它浮在水面上，壹個魚頭導，也是水針的壹種。
導遊龜在當時是壹種流行的新設備。在木龜的腹部放置壹塊天然磁鐵，在木龜的腹部下方挖壹個光滑的洞，並將其對齊，放在壹個尖尖的竹釘上，竹釘直立在木板上，這樣木龜就被放置在壹個固定的可自由旋轉的支點上。因為支點處的摩擦力很小，所以木龜可以自由轉動導軌。當時不是用來導航的，是用來幻術的。但這是後來出現的幹旱羅盤的前身。
導遊龜發明的時間不晚於1325。木塊雕刻成烏龜形狀，在烏龜腹部中央嵌有磁鐵。木龜被放在壹根尖尖的立柱上，靜止時分別指向南北。
為了確定方向，除了指南針，還需要有方位盤配合。最初使用指南針時，可能沒有固定的方位盤。隨著方位測量的需要，出現了磁針和方位盤壹體化的羅盤。羅盤包括風水羅盤、水羅盤和幹旱羅盤。
方位盤面還是24個方向，但是盤面已經從方形演變成了圓形。這樣，只要看方位板上磁針的位置就可以確定方位。南宋時，曾三益在《銀華錄》中記載了這方面的文獻:“田螺或有子午針，或在子午針間縫壹針。”這是關於指南針的最早文獻。文獻中提到的“地螺”就是地螺，也就是指南針。磁偏角的知識在文獻中已經應用到指南針上。這種羅盤不僅有子午針(決定地磁場南北極方向的磁針)，還有子午針(由日影決定的南北極地理方向)。這兩個方向之間的夾角就是磁偏角。
圓盤周圍刻二十四個方向，裏面裝水。磁針穿過燈草，漂浮在水面上。
現在知道地球的兩個磁極只是靠近地理上的北極和南極，並不重合。磁針指向的是地球的磁極而不是地理上的南北極，所以磁針指向的是稍微偏離而不是正南正北的方向。這個角度叫做磁偏角。因為地球幾乎是球形的，磁針指向磁極時會向下傾斜，與水平方向有壹個角度，稱為磁傾角。不同位置的磁偏角和磁傾角是不同的。北宋《吳要》在論述用地磁方法制作羅盤時，註意到了磁傾角的運用。沈括在《孟茜筆談》中談到了不完整的羅盤，它常常是略偏東的。指出了磁偏角的存在。磁偏角和磁傾角的發現使指南針指向更加準確。
指南針壹經發明，就迅速應用於軍事、生產、日常生活、地形測量等各個方面，尤其是航海。指南針在航海中的應用有壹個逐漸發展的過程。比《孟茜筆談》稍晚的《周萍客談》中記載:“船師通地理，但夜觀星宿，晝觀太陽，暗觀羅盤。”這是世界航海史上最早使用指南針的記錄。指出指南針只有在當時看不到太陽、月亮、星星的情況下才使用，說明指南針剛開始使用時並不熟練。20多年後，許婧的《玄鶴峰李誌高圖經》也有類似記載:“只望群星，若陰郁，用導浮針拍擊南北。”在元朝，指南針成為海上導航最重要的工具。無論晴天還是陰天，我都用指南針導航。而且還編制了使用羅經導航的不同航行地點的羅經針位連接圖，稱之為“針路”當船舶行駛到某壹地點時，針位的方向和沿途的路線都被明確標示出來，作為航行的依據。
指南針的發明是古代先民對磁現象觀察和研究的結果。在觀察和研究磁現象的過程中，古代先民進壹步了解了磁性的性質，並試圖更多地應用這些性質。傳說秦始皇修建阿房宮時，其中壹個宮門是用磁鐵做的。如果壹個刺客拿著劍經過，他會立刻被衛兵抓住。這樣的故事還有很多。《晉書·馬龍傳》記載，馬龍率部西進甘肅、陜西，在敵人必經的羊腸小道兩側堆積磁鐵。當穿著真甲的敵兵經過時，被牢牢吸住，動彈不得。馬龍的士兵穿著犀牛甲，磁鐵對他們沒有影響，可以自由行動。敵人以為法寶不戰而退。東漢時期的《異物誌》中記載，南海諸島周圍有壹些暗礁、淺灘中含有磁鐵，磁鐵經常吸引“被鐵葉遮擋”的船只，使其難以出航。
在魏晉南北朝時期，我們的祖先已經有了很多關於磁鐵性質的知識。就連當時的詩人曹植也在焦植的詩中用了“磁石吸鐵，黃金不相連”。句子。可以看出他也了解磁鐵的性質。梁南北朝陶弘景在《名醫錄》中提出了磁測法。他指出，優秀的磁鐵產於南方，磁性很強，能吸引三四根鐵針，這樣磁鐵上就能首尾相連掛幾根針。磁性更強的磁鐵可以吸引十多根鐵針，甚至可以裝下壹兩斤刀。陶弘景不僅指出了磁性有強有弱，還指出了測量方法。這可能是世界上最早的磁測量記錄。
我們的祖先對磁鐵性質的研究和認識是指南針發明和發展的基礎。
在古代，圓規主要是風水師用來給房子和墳墓拍照的，也用來導航等東西。正是後者對人類社會的進步起到了巨大的作用，所以指南針可以排在古代四大發明之列。我國古籍記載指南針用於航海，始於宋代(1119)糜竺的《周萍刻譚》。書中寫道:“壹個船師懂地理，但他晚上看星星，白天看太陽，晚上看羅盤。”此後，類似的文獻層出不窮，可見指南針在航海活動中普及得相當快。這項發明後來通過阿拉伯傳入歐洲，對歐洲的航海業乃至整個人類社會的文明進程產生了巨大影響。
指南針又稱羅盤，是中國古代利用磁鐵手指的極性發明的壹種導向儀器。所以介紹新浪必須從磁鐵開始。
磁鐵通常被稱為“磁石”，它將許多鐵屑緊緊地吸引在壹起，就像壹位慈祥的母親吸引著她的孩子壹樣，所以人們稱之為“磁石”。
磁鐵吸引鐵是因為每個磁鐵兩端的磁極不同，壹個叫正極，壹個叫負極。人類居住的地球也是壹塊巨大的天然磁鐵。地球的北極和南極也有不同的磁極。地球北極為負，地球南極為正。根據同性磁極相斥，異性磁極相吸的原理，取壹根可以自由旋轉的磁針。無論妳站在地球的哪個位置，它的正極永遠指向北方，負極永遠指引著妳。
戰國時期，人們利用磁鐵的特性，制作了壹種指示南北的工具——司南。但是，戰國時期的新浪是什麽樣子，無法考證。《中國歷史教科書插圖》─「新浪」取材於中國歷史博物館的「漢代新浪模型」。這個模型是後人根據歷史記載和地下出土的漢代遺址實物制作的。遺址用青銅制作，內圓外圓，中央圓面打磨得非常光滑，保證勺體指示方向的準確性。中圓外圍依次排列八卦、天幹、地支、二十八宿，計二十四個方向。遺址中央的小勺子是用壹整塊天然磁鐵磨出來的，磁鐵的陽極磨成了新浪的長柄，勺頭底部是半球形，非常光滑。使用時，先將站點放平，再將新浪放在站點中間，用手移動勺柄使其旋轉。當司南停下來的時候，勺柄所指的方向是南方。這種勺子形狀的新浪壹直使用到八世紀。
到了宋代，勞動人民已經掌握了制作人造磁鐵的技術，還制作了導盲魚。圓規魚被切成魚形薄鋼板，長兩寸，寬五分。魚的腹部部分凹陷，這樣魚就能像船壹樣浮在水面上。然後把魚和天然磁鐵放在壹起。由於磁鐵的吸引力，鋼板通過磁感應也具有磁性。這種人工磁轉移方式做出來的羅盤魚，比用新浪方便多了。只要有壹碗水，把羅盤魚放在水面上就能辨別方向。經過長期的改進，人們把鋼針在天然磁鐵上摩擦，鋼針也有了磁性。這種人工透磁的鋼針，可以說是正規的指南針。沈括在《孟茜筆談》中提到，他對指南針的使用做過四次實驗，即水浮法、懸掛法、釘法和碗唇法。“水浮漂”就是把指南針放在盛有水的碗裏，讓它浮在水面上指示方向。“掛縷法”是在磁針中間塗些蠟，上面粘壹根絲線，將絲線掛在木架上，針下放壹個標有方位的圓盤。指針靜止時，鋼針會指示南北。“釘法”是將鋼針放在指甲表面，輕輕轉動。因為指甲光滑，磁針也能像新浪壹樣起到導向作用。“碗唇法”是將磁針放在碗的光滑邊緣，轉動磁性物體，會起到和釘法壹樣的導向作用。經過仔細觀察和實驗，沈括還發現磁針指示的方向不是正南正北，而是略偏西北和東南。這個發現科學上叫做磁偏角。而且，指南針還能給別人很好的方向感。